« Enigmas que no sabemos desvelar

Aquella primera inocente concepción

Más tarde llegaron descubrimientos que asombraron al mundo

Cualquier nave extraterrestre que pudiera caer en la Tierra, estaría hecho de los mismos materiales que aquí tenemos, es decir, los que se fabrican en las estrellas, en las explosiones supernovas y en las colisiones de estrellas de neutrones y otros objetos como las mismas galaxias que se fusionan creando nuevas estrellas, nuevos mundos y nuevos elementos que, siempre serán los que recoge la Tabla Periódica de Elementos que conocemos. Otra cuestión serían las aleaciones y mezclas de estos elementos se puedan hacer.

La vieron caer y corrieron hasta el lugar. La escena era la que se podía esperar despuès de la caída de una nave en plena montaña. Los pocos testigos que por el lugar estaban, llamaron a las autoridades que enviaron, de inmediato, a personal especializado en este tipo de investigaciones.¡

“Mira, un trazo de la nave caída, ¿de qué materiales estará hecha? Nunca he visto algo así! ¿De dónde vendrán estos seres, de qué estará conformado su mundo? Esto preguntaba uno de los investigadores al otro que con él, recogía muestras dequella extraña nave caída y que, según el seguimiento hecho en su acercamiento a la Tierra, venía de más allá de los confines del Solar y, quién sabe de dónde pudieron partir. Sin embargo, el material que recogían, debería ser el mismo que está repartido por todo el Universo.

Lo único que puede diferir, es la forma en que se utilice, el tratamiento que se le pueda dar, y, sobre todo el poseer el conocimiento y la tecnología necesarios para poder obtener, el máximo resultado de las propiedades que dicha materia encierra. , en última instancia ¿es en verdad inerte la materia?

                       ¿No es el agua una maravilla de la Naturaleza? Sin ella la vida estaría ausente

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar.  Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.  Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que como transuránicos o transuránidos.

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta.  En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más de ruptura, sobre pasando a la emisión de partículas alfa.

            ¡Parece que la materia está viva! A partir de la “materia “inerte” surgieron ç, en unas especiales condiciones, las primeras células vivas replicantes que dieron comienzo a la fascinante historia que nos trajo aquí.

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a esas respuestas. El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lentos, que significa “delgado”).

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto.  Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54)x10^-31kg la primera y, 1,602 177 33 (49)x10^-19 culombios, la segunda, y también su clásico:  no se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos cursiva que el electrón (o positrón) y que lleve  una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electrón.

Lo cierto es que, el electrón, es una maravilla en sí mismo.  El Universo no sería como lo conocemos si el electrón (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí para poder construir conjuntos tan bellos como el que abajo podemos admirar.

                                  ¡No por pequeño, se es insignificante!

Recordemosló, todo lo está hecho de cosas pequeñas. En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).  Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones. Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fotón, de la griega que significa “luz”.

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de o, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín).  La única forma que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este termino se para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: V_e, V_u y V_T.

Existen razones teóricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitacionales.  Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

Es la más débil de las cuatro fuerzas. Sin embargo, mantiene unidas las galaxias en los cúmulos

La fuerza gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética.  Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/10³⁹ de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón.  Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm. De longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío.  Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas), desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cienmillonésima parte de un centímetro.

Las débiles ondas de los gravitones, que producen del profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea.  En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias.  Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad ).  Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaran el hallazgo de Weber.

De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria.  La masa del gravitón es o, su carga es o, y su espín de 2.  Como el fotón, no tiene antipartícula, ellos mismos hacen las dos versiones.

Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro Universo: Los agujeros negros.  Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contrario), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del -temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones.

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta de este mundo material nuestro a otro fascinante residen las maravillas del Universo.  Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler,  es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10^-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10^-66cm²) un papel clave en la entropía de un agujero negro.

Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven.

     Andamos a la caza del vacío, del gravitón, de las ondas gravitatorias…

Ordinariamente, definimos el vacío como el en el que hay una baja presión de un gas, es decir, relativamente pocos átomos o moléculas.  En ese sentido, un vacío perfecto no contendría ningún átomo o molécula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presión de vapor finita.  En un bajo vacío, la presión se reduce hasta 10^-2 pascales, mientras que un alto vacío tiene una presión de 10^-2-10^-7 pascales.  Por debajo de 10^-7 pascales se conoce como un vacío ultraalto.

Cámara de alto vacío

Cámara de vacío ultra alto

De ese “vacío” nos queda muchísimo por . Al parecer, todos los indicios nos dicen que está abarrotado de cosas, y, si es así, no es lo que podemos llamar con propiedad vacío, ese extraño lugar es otra cosa, pero, ¿qué cosa es?

Antes se denominaba éter fluminigero (creo) a toda esa inmensa región. Más tarde, nuevas teorías vino a desechar su existencia. Pasó el tiempo y llegaron nuevas ideas y nuevos , y, se llegó a la conclusión de que el Universo entero estaba permeado por “algo” que algunos llamaron los océanos de Higgs. Ahí, se tiene la esperanza de al esquivo Bosón que le da la masa a las demás partículas, y, el LHC del CERN, es el encargado de la búsqueda para que el Modelo Estándard de la Física de Partículas se afiance más.

Andamos un poco a ciega, la niebla de nuestra ignorancia nos hace caminar alargando la mano para evitar darnos un mamporro. Pero a pesar de todo, seguimos adelante y, es más la fuerza que nos empuja, la curiosidad que nos aliente que, los posibles peligros que tales aventuras puedan conllevar.

Ni sabemos todo lo que hay, ni tenemos la capacidad de plantear preguntas de esas posibles maravillas

Está claro que, dentro del Universo, existen “rincones” en los que no podemos sospechar las maravillas que esconden, ni nuestra avezada imaginación, puede hacerse una idea firme de lo que allí pueda existir. Incansables seguimos la búsqueda, a cada nuevo descubrimiento nuestro corazón se acelera, nuestra curiosidad aumenta, nuestras ganas de seguir avanzando van creciendo y, no pocas veces, el físico que, apasionado está inmerso en uno de esos trabajos de búsqueda e investigación, pasa las horas sin sentir el paso del tiempo, ni como ni duerme y su mente, sólo tiene puesto los sentidos en ese final soñado en el que, al fín, aparece el tesoro perseguido que, en la mayor parte de las veces, es una nueva partícula, un parámetro hasta ahora desconocido en los comportamientos de la materia, un nuevo principio, o, en definitiva, un nuevo descubrimiento que nos llevará un poco más lejos.

nuevas respuestas no dará la opción de plantear nuevas preguntas.

emilio silvera

En estas nubes se fraguan los mundos merced a la dinámica del universo que lo hace cambiante y evolutivo. Nada permanece y todo se transforma. Las cosas ocurren de cierta manera que puede ser prevista al aplicar esas fuerzas y esas constantes que hacen de nuestro “mundo” lo que podemos observar y, de esa manera, porque esas constantes universales son como las conocemos, la vida está presente y, si la carga del electrón o la masa del protón cambiara aunque solo fuese una diezmillonésima, ya la vida no sería posible tal como la conocemos.

 

“Es difícil formular cualquier teoría firme sobre las etapas primitivas del universo porque no sabemos si hc/e² es constante o varía proporcionalmente a log(t). Si hc/e² fuera un entero tendría que ser una constante, los experimentadores dicen que no es un entero, de modo que podría estar variando. Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad estaría afectada. Cuando empecé a trabajar sobre la gravedad esperaba encontrar alguna conexión entre ella y los neutrinos, pero esto ha fracasado.”

Comentario de un físico desesperado

 

 

Extraños mundos que pudieran ser

Está muy claro que nuestro Universo es es debido a una serie de parámetros que poco a poco hemos ido identificando y hemos denominado Constantes de la Naturaleza. colección de números misteriosos son los culpables, los responsables, de que nuestro Universo sea tal como lo conocemos y que, a pesar de la concatenación de movimientos caóticamente impredecibles de los átomos y las moléculas, nuestra experiencia es la de un mundo estable y que posee una profunda consistencia y continuidad.

En mecánica cuántica, el comportamiento de un electrón en un átomo se describe por un orbital, que es una distribución de probabilidad más que una órbita. En la figura, el sombreado indica la probabilidad relativa de «encontrar» el electrón en punto se tiene la energía correspondiente a los números cuánticos dados. Pensemos (como digo antes), que si la carga del electrón variara, aunque sólo fuese una diezmillonésima , los átomos no se podrían constituir, las moléculas consecuentemente tampoco y, por ende, ni la materia… ¡Tampoco nosotros estaríamos aquí! ¡Es tan importante el electrón!

Sí, nosotros también hemos llegado a saber que con el paso del tiempo aumenta la entropía y las cosas cambian. Sin embargo algunas cosas no cambian, continúan siempre igual, sin que nada les afecte. Ésas precisamente, son las constantes de la naturaleza que desde mediados del siglo XIX, comenzó a la atención de físicos como George Johnstone Stoney (1.826-1.911, Irlanda).

Parece, según todas las trazas, que el universo, nuestro universo, alberga la vida inteligente porque las constantes de la naturaleza son las que aquí están presentes; cualquier ligera variación en alguna de éstas constantes habría impedido que surgiera la vida en el planeta que habitamos. El universo con las constantes ligeramente diferentes habría nacido muerto, no se hubieran formado las estrellas ni se habrían unido los quarks para construir nucleones (protones y neutrones) que formarán los núcleos que al ser rodeados por los electrones construyeron los átomos, que se juntaron para formar las células que unidas dieron lugar a la materia. Esos universos con las constantes de la naturaleza distintas a las nuestras estarían privados del potencial y de los elementos necesarios para desarrollar y sostener el de complejidad organizada que nosotros llamamos vida.

Hasta el momento no se ha podido observar ningún cambio en las constantes de la Naturaleza

Nadie ha sabido responder a la pregunta de si las constantes de la naturaleza son realmente constantes o llegará un momento en que comience su transformación. Hay que tener en cuenta que para nosotros la escala del tiempo que podríamos considerar muy grande, en la escala de Tiempo del Universo podría ser ínfima. El universo, por lo que sabemos, tiene 13.500 millones de años. Antes que nosotros, el reinado sobre el planeta correspondía a los dinosaurios, amos y señores durante 150 millones de años, hace de ello 65 millones de años. Mucho después, hace apenas 2 millones de años, aparecieron nuestros antepasados directos, que después de una serie de cambios evolutivos desembocó en lo que somos hoy.

Estas observaciones de quásares brindan una imagen de nuestro universo tal como era durante su infancia, solo 750 millones de años después de producirse la explosión inicial que creó al universo. El análisis del espectro de la luz del quásar no ha aportado evidencias de elementos pesados gaseosa circundante, un hallazgo que sugiere que el quásar data de una era cercana al nacimiento de las primeras estrellas del universo.

Todo ello pudo suceder como consecuencia de que unos 500 millones de años después del Big Bang se formaron las primeras estrellas que, a su vez, dieron lugar a las primeras galaxias. El material primario del universo fue el hidrógeno, el más sencillo y simple de los elementos que componen la tabla periódica. Hoy día, 13.500 millones de años después, continúa siendo el material más abundante del universo junto al helio.

hacer posible el resurgir de la vida, hacían falta materiales mucho más complejos que el hidrógeno. Éste era demasiado simple y había que fabricar otros materiales que, como el carbono, el hidrógeno pesado, el nitrógeno, oxígeno, etc, hicieran posible las combinaciones necesarias de materiales diferentes y complejos que al ser bombardeados por radiación ultravioleta y rayos gammas provenientes del espacio, dieran lugar a la primera célula orgánica que sería la semilla de la vida.

¿Quién, entonces, fabricó esos materiales complejos si en el universo no había nadie?

Buena pregunta. Para contestar tengo que exponer aquí algunas características de lo que es una estrella, de cómo se formar, como puede ser y cuál será su destino final. Veamos:

El nacimiento de una proto-estrella

Lo que conocemos como estrella es una bola de gas luminosa que, durante una etapa de su vida, produce energía por la fusión nuclear del hidrógeno en helio. El término estrella, por tanto, no sólo incluye estrellas como el Sol, que están en la actualidad quemando hidrógeno, sino también protoestrellas, aún en formación y no lo suficientemente calientes como para que dicha combustión nuclear haya comenzado, y también varios tipos de objetos más evolucionados como estrellas gigantes y supergigantes, que están quemando otros combustibles nucleares, o las enanas blancas y las estrellas nucleares, que están formadas por combustible nuclear gastado.

Las estrellas se forman a partir de enormes nubes de gas y polvo que a veces tienen hasta años-luz de diámetro. Las moléculas de polvo unidas a las de los gases se rozan y se ionizan, se calientan y la nube comienza a girar lentamente. El enorme conglomerado poco a poco se va juntando y la temperatura aumenta. Tal enormidad de materia crea una fuerza gravitatoria que hace contraerse la nube sobre sí misma. Su diámetro y su temperatura en el núcleo es tal que se produce la fusión de los protones de hidrógeno, que se transforman en un material más complejo, el helio, y ése es el en que nace la estrella que, a partir de ahí, puede estar miles de millones de años brillando y produciendo energía termonuclear.

Con la imagen de arriba como ilustración, hace algún tiempo que se publicó la noticia en la página web de la ESO, se muestra la masa determinada de una estrella que supera el límite anterior (152-150 masas solares) por un factor de 2, usando una combinación de obtenidos en el observatorio Paranal y con el telescopio espacial Hubble. Se trata de la estrella R136a1 en el centro de la nebulosa “Tarántula” en la Gran Nube de Magallanes. Esto es muy interesante, porque hasta ahora se creyó que cualquier estrella mayor que 150 masas solares se desintegra por el efecto de la presión de radiación que supera a la gravedad. En realidad, también R136a1 está desintegrándose, teniendo ahora “sólo” 260 masas solares, después de una vida corta de 1,5 millones de años. Pero los autores calculan que reunió, cuándo nació, un total de 320 masas solares.

Mucho tiempo ha pasado que esta imagen era el presente, y, sin embargo, el Universo supone una ínfima fracción marcada por el Tic Tac cósmico de las estrellas y galaxias que conforman la materia de la que provenimos. Es un gran misterio para nosotros que sean las estrellas las que fabrican los materiales que, más tarde, llegan a conformar a seres vivos que, en algunos caso, tienen consciencia.

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza.  Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros somos parte del misterio que estamos tratando de resolver”.

Max Planck

De acuerdo con su perspectiva universal, en 1.899 Planck propuso que se construyeran unidades naturales de masa, longitud y tiempo a partir de las constantes más fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación G, la velocidad de la luz c y la constante de acción h, que lleva el de Planck. La constante de Planck determina la mínima unidad de cambio posible en que pueda alterarse la energía, y que llamó “cuanto”. Las unidades de Planck son las únicas combinaciones de dichas constantes que pueden formarse en dimensiones de masa, longitud, tiempo y temperatura. Se conocen las Unidades de Planck.

Planck con sus unidades nos llevo al extremo de lo pequeño

Estas formulaciones con la masa, la longitud, el tiempo y la temperatura de Planck incorporan la G (constante de gravitación), la h (la constante de Planck) y la c, la velocidad de la luz. La de la temperatura incorpora además, la K de los grados Kelvin.

“Estas cantidades conservarán su significado natural mientras la Ley de Gravitación y la de Propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos; por lo tanto, siempre deben encontrarse iguales sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos.”

Las estrellas masivas tienen una vida más corta que las estrellas medianas o enanas que, al consumir menos combustible nuclear de fusión duran miles de millones de años.

Las estrellas viven el tiempo que sus masas le permiten. Una estrella masiva devora tanto material nuclear que sólo puede realizar la fusión durante un tiempo corto de unos millones de años en el mejor de los casos. Son las estrellas enanas rojas las que más tiempo de vida pueden tener al fusionar el hidrógeno de manera lenta en “pequeñas proporciones. Incluso nuestro Sol, que fusiona 4.654.600 Tn cada segundo de Hidrógeno en 4.650.000 Tn de Helio, Las 4.600 toneladas que se pierden en la transición, son eyectadas al Espacio Interestelar en forma de luz y calor, de lo que, a la Tierra llega la diezmillonésima parte. A pesar de esa inmensa cantidad consumida, el Sol tiene 5.000 millones de años de edad, y, según los cálculos le quedan otros 5.000 millones de años de vida.

R136a1 en el centro de la nebulosa “Tarántula” en la Gran Nube de Magallanes. La masa máxima de las estrellas para que sean estables puede rondar las 150 masas solares, es decir, ser 150 veces mayor que nuestro Sol y por encima de este límite sería destruida por la enorme potencia de su propia radiación. La masa mínima para poder ser una estrella se fija en 0’08 masas solares; por debajo de ella, los objetos no serían lo suficientemente calientes en sus núcleos como para que comience la combustión del hidrógeno y se convertirían en enanas marrones. Las luminosidades de las estrellas varían alrededor de medio millón de veces la luminosidad del Sol para las más calientes hasta menos de la milésima de la del Sol para las enanas más débiles. Aunque las estrellas más prominentes visibles a simple vista son más luminosas que el Sol, la mayoría de las estrellas son en realidad más débiles que éste y, por tanto, imperceptibles a simple vista.

Dependiendo de la temperatura  de la estrella y de los materiales que contiene…

He dicho antes, el brillo de las estrellas (la luz y el calor) es el resultado de la conversión de masa en energía (E=mc²) por medio de reacciones nucleares. Las enormes temperaturas de millones de grados de su núcleo hace posible que los protones de los átomos de hidrógeno se fusionen y se conviertan en átomos de helio.

Por cada kilogramo de hidrógeno quemado de esta manera se convierten en energía aproximadamente siete gramos de masa. Las reacciones nucleares no sólo aportan la luz y el calor de las estrellas, sino que también producen elementos pesados más complejos que el hidrógeno y el helio que, posteriormente, son distribuidos por el universo cuando al final la estrella explota en súper NOVA, lanzando sus capas exteriores al espacio que de esta , deja “sembrado” de estos materiales el “vacío” estelar.

Las estrellas pueden clasificarse de muchas maneras. Una manera es mediante su etapa evolutiva: en presecuencia principal, secuencia principal, gigante, supergigante, enana blanca, estrella de neutrones y agujeros negros. Éstas últimas son la consecuencia del final de sus vidas como tales estrellas, convirtiéndose en objetos estelares de una u otra clase en función de sus masas originales. Estrellas como nuestro Sol, al agotar el combustible nuclear se transforman en gigantes rojas, expulsan las capas exteriores para formar una Nebulosa planetaria y finalmente quedan como enanas blancas. Si la masa es mayor serán estrellas de neutrones y, si aún son mayores, su final está en agujeros negros.

Siempre que intento dar un paseo por el Universo, es grande que… ¡Me pierdo!

emilio silvera